基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、針對(duì)鋼管在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，通過(guò)現(xiàn)有檢測(cè)手段很難進(jìn)行高效率、低成本的檢測(cè)，研究了一種利用磁致伸縮換能器原理激勵(lì)出超聲導(dǎo)波進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大范圍、長(zhǎng)距離構(gòu)件的低成本、高效率檢測(cè)。本課題首先設(shè)計(jì)了一個(gè)基于磁致伸縮原理的超聲導(dǎo)波換能器，然后設(shè)計(jì)了一套基于FPGA與ARM硬件架構(gòu)的信號(hào)激勵(lì)與處理平臺(tái)，在此硬件平臺(tái)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)了友好的人機(jī)界面及控制邏輯。通過(guò)在一根76mm管徑的鋼管實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對(duì)1％橫截面損失的無(wú)損檢測(cè)性能

2、。
　　論文第一章在簡(jiǎn)要介紹了管材應(yīng)用及檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，概述了超聲導(dǎo)波的研究現(xiàn)狀;通過(guò)對(duì)國(guó)外已經(jīng)商業(yè)化的幾種超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)的性能對(duì)比，進(jìn)一步明確了本課題所研究的磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)的意義和目標(biāo);最后提出了本課題研究的主要內(nèi)容，為之后的研究工作指明思路。
　　論文第二章首先引入各向同性彈性固體中的運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)一步以空氣中的空心鋼管為模型分析了超聲導(dǎo)波的多模態(tài)和頻散，得出在T(0，1)扭轉(zhuǎn)模態(tài)下的低頻導(dǎo)波理論上是非頻散的

3、且模態(tài)單一;設(shè)計(jì)了一種磁致伸縮超聲導(dǎo)波換能器，并通過(guò)換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及信號(hào)采集處理方法實(shí)現(xiàn)了超聲導(dǎo)波單方向傳播與接收;最后通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)論述了短時(shí)傅立葉變換在超聲導(dǎo)波回波信號(hào)提取中的應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明短時(shí)傅立葉變換應(yīng)用的有效性。
　　論文第三章首先設(shè)計(jì)了磁致伸縮超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)框圖，主要包括磁致伸縮扭轉(zhuǎn)波換能器、嵌入式人機(jī)界面、嵌入式控制模塊、激勵(lì)信號(hào)源、功率放大模塊、信號(hào)放大模塊、信號(hào)濾波、AD采集等;然后設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件架構(gòu)，主

4、要由FPGA和ARM組成的系統(tǒng)控制及人機(jī)界面模塊;對(duì)ARM、FPGA及嵌入式操作系統(tǒng)的選擇分別進(jìn)行了分析;對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵硬件模塊如鋰電池管理、信號(hào)濾波器、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及無(wú)線通訊定位模塊進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，部分進(jìn)行了仿真;最后從信號(hào)完整性的角度，分析了PCB的層疊設(shè)計(jì)和部分走線設(shè)計(jì)。
　　論文第四章首先分析了DDS信號(hào)源的特點(diǎn)及雜散效應(yīng)，并給出了相應(yīng)的解決方法及邏輯設(shè)計(jì)原理;對(duì)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸部分的邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析;最后闡述了嵌入